高中物理 第1章 从富兰克林到库仑 1_3物质的又一种形态教师用书 沪科版选修1-1

1.3物质的又一种形态1(3分)在绝缘光滑水平面上，相隔一定距离有两个带同种电荷的小球，同时由静止释放，则两小球的加速度和速度大小随时间变化的情况是()A速度变大，加速度变大B速度变小，加速度变小C速度变大，加速度变小D速度变小，加速度变大【解析】根据库仑定律知，同种电荷的小球由静止释放后，由于互相排斥，两球间的距离增大，排斥力减小，根据牛顿第二定律知加速度减小，但两球运动方向与排斥力同向，应做加速运动，故选项C正确，A、B、D错误【答案】C2(3分)如图131所示，A、B两点分别固定着电荷量为Q和Q的点电荷，A、B、C、D四点在同一直线上，且ACCDDB.现将一带正电的电荷从C点沿直线移到D点，则库仑力对试探电荷()图131A一直做正功B一直做负功C先做正功再做负功D先做负功再做正功【解析】由于A带正电，B带负电，电荷从C运动到D的过程中受力始终向右，所以库仑力一直对电荷做正功，故A正确【答案】A3(4分)(多选)要使真空中的两个点电荷间的库仑力增大到原来的4倍，下列方法可行的是()A每个点电荷的带电荷量都增大到原来的2倍，点电荷间的距离不变B保持点电荷的带电荷量不变，使两个点电荷间的距离增大到原来的2倍C使一个点电荷的带电荷量加1倍，另一个点电荷带电荷量保持不变，同时使两点电荷间的距离减小为原来的D保持点电荷的带电荷量不变，将两点电荷间的距离减小为原来的【解析】据库仑定律Fk知FA4F，A项正确；FB，B项错误；FC8F；C项错误FD4F，D项正确【答案】AD课标导思1.认识电荷间的相互作用是通过电场发生的，电场具有力的性质2理解电场强度的概念，会用电场强度描述电场的强弱和方向，并会利用EF/q进行有关计算(重点)3认识电场线，会用电场线来定性描述电场的强弱和方向(难点)4理解匀强电场.一、什么是电场1电场的产生：电荷周围存在着一种物质，叫做电场电荷之间是通过电场发生相互作用的2性质：电场的基本性质是对放入场中的电荷有力的作用3电场力：电场对电荷的作用力叫做电场力4物质性：电场和磁场一样，都是物质的一种形态二、电场的形象化描述1电场线：在电场中画出一条条曲线，并规定电场线从正电荷出发，终止于负电荷；电场线上某点的切线方向表示正电荷在该点的受力方向；电场线的疏密程度表示电场的强弱2意义：为了形象地描述电场而人为引入的三、电场的定量表示1电场强度(1)定义：放入电场中某点的电荷所受电场力F跟它的电荷量q的比值叫做该点的电场强度，简称场强(2)定义式：E.(3)单位：在国际单位制中其单位是N/C，也可写成V/m.(4)方向：电场强度是矢量，人们规定电场强度的方向跟放在该点的正电荷所受电场力方向相同2匀强电场(1)定义：如果空间某个区域内电场强度的大小和方向处处相同，这个区域内的电场叫做匀强电场(2)电场线特点：匀强电场的电场线可以用一组等间距的平行直线来表示根据电场强度的定义及库仑定律推导点电荷周围电场强度的计算公式提示：设距点电荷Q为r外，场强为E，在r处放一电荷q，q受到Q的电场给它的力，且F，所以E，即距点电荷Q为r处，电场强度E.一、对电场强度的理解电场强度是描述电场的力的性质的物理量1E是电场强度的定义式，适用于任何情况虽然E，但E与F和q都无关，电场强度是由电场本身决定的量电场中某点的场强是确定的，其大小、方向只与建立电场的本身(或场源电荷)有关，而与放入的试探电荷无关2Ek是点电荷所形成的电场的决定式E由场源电荷Q和试探电荷到场源电荷的距离决定，与是否放入试探电荷无关【特别提醒】电场强度是矢量，当空间的电场是由几个电荷共同产生时，某点的场强应是每个点电荷单独存在时在该点场强的矢量和.二、对电场线的理解1电场线是为了形象地描述电场而假想的，实际并不存在，因此电场线是一种理想化的模型2电场线始于正电荷，止于负电荷在正电荷形成的电场中，电场线起于正电荷，延伸到无穷远处；在负电荷形成的电场中，电场线起于无穷远处，止于负电荷3电场线分布的疏密反映了电场的强弱表示场强的大小相对而言，电场线越密的区域，电场强度就越大4电场线上任意一点的切线方向与该点场强方向一致5电场线在电场中不相交，不中断【深化探究】电场线是电荷的运动轨迹吗？提示：电场线是为了形象地描述电场而引入的假想线，规定电场线上每点的场强方向沿该点的切线方向，也就是正电荷在该点受电场力产生的加速度的方向(负电荷受力方向相反).运动轨迹是带电粒子在电场中实际通过的轨迹，径迹上每点的切线方向为带电粒子在该点的速度方向.结合力学知识我们知道，物体的速度方向不一定与加速度的方向一致，因此电场线不是带电粒子的运动轨迹.只有当电场线是直线，而带电粒子又只受电场力作用由静止开始或初速度沿电场线方向运动时轨迹才有可能与电场线重合.6几种常见电场的电场线分布及特点电场电场线图样简要描述电场特点正点电荷发散状直线离点电荷近处电场强度大，方向背离正点电荷负点电荷会聚状直线离点电荷近处电场强度大，方向指向负点电荷等量同种电荷相斥状曲线两点电荷连线上：中点场强最小(为零)，靠近电荷变大；两点电荷连线的中垂线：中点场强最小(为零)，向外移动先变大后变小等量异种电荷相吸状曲线两点电荷连线上：中点场强最小，靠近电荷变大两点电荷连线的中垂线：中点场强最大，向外移动逐渐变小匀强电场(二平行板正对，中间部分为匀强电场)平行的、等间距的、同向的直线大小相等，方向相同点电荷与带电极板上部为发散状曲线下部为相吸状曲线离点电荷越远场强越小【特别提醒】没有画出电场线的地方不一定没有电场.一、电场强度的计算在真空中O点放一个点电荷Q1.0109 C，直线MN通过O点，OM的距离r30 cm，M点放一个试探点电荷q1.01010 C，如图132所示，求： 【导学号：22940007】图132(1)q在M点受到的作用力(2)M点的场强(3)拿走q后M点的场强(4)M、N两点的场强哪点大？(5)如果把Q换成1.0109 C的点电荷，情况又如何？【导析】电场中某点的场强由电场本身决定，与该点所放电荷无关，但是可以利用E来量度电场中某点的场强【解析】(1)q在M点受到的电场力由库仑定律可得Fk9.0109 N1.0108 N(2)M点的场强E N/C100 N/C，方向由M指向N.(3)拿走q后M点的场强不变，场强与试探电荷q无关(4)由Ek可知，离场源电荷Q越远，E越小，由于rOMEN，(5)若把Q换成1.0109 C的点电荷，各处的场强大小不变，但方向与原来相反【答案】见解析E的应用此题重点考查了对电场强度概念的理解，试探电荷q只是用来量度电场中某点场强大小的，电场中某点的场强由电场本身性质决定，与试探电荷无关1在电场中的某一点放入电量为5.0109 C的点电荷，它受到的电场力为3.0104 N，那么该处的电场强度的大小等于()A1.51012 N/CB6.0104 N/CC1.7105 N/CD2.0105 N/C【解析】E N/C6104 N/C.【答案】B二、电场线的应用如图133所示为静电场的一部分电场线的分布，下列说法正确的是()图133A这个电场可能是负点电荷形成的BC点处的场强为零，因为那里没有电场线C点电荷q在A点受到的电场力比在B点受到的电场力大D负电荷在B点时受到的电场力的方向沿B点切线方向【导析】(1)由电场线的疏密程度可以判断电场强度的大小(2)电场强度的方向沿电场线在该点的切线方向(3)电荷所受电场力的方向与电荷的电性有关【解析】负电荷的电场线是指向负电荷的直线，故A错误；电场线只是形象地描述电场，没有电场线的地方，场强不一定为零，故B错误；电场线的疏密表示电场的强弱，因EAEB，FqE，所以FAFB，故C正确；负电荷在B点所受电场力的方向与B点的切线方向相反，故D错误【答案】C对电场线的理解分析这类题目时，要理解电场线的特点，并能应用其特点根据实际情况分析判断2法拉第首先提出用电场线形象生动地描绘电场，图134为点电荷a、b所形成电场的电场线分布图，以下几种说法正确的是()图134Aa、b为异种电荷，a带电荷量大于b带电荷量Ba、b为异种电荷，a带电荷量小于b带电荷量Ca、b为同种电荷，a带电荷量大于b带电荷量Da、b为同种电荷，a带电荷量小于b带电荷量【解析】由电场线的特点可知，a、b为异种电荷，但无法判定a、b的电性；由电场线疏密程度不同，b周围电场线比a周围电场线密，说明b带电荷量大于a带电荷量【答案】B1有关对电场强度的理解，下述正确的是()A由E可知，电场强度E跟放入电荷q所受的电场力成正比B当电场中存在试探电荷时，电荷周围才出现电场这种特殊的物质，才存在电场强度C由EkQ/r2可知，在离点电荷很近，r接近于零时，电场强度达无穷大D电场强度是反映电场本身特性的物理量，与是否存在试探电荷无关【解析】电场对处于其中的电荷有电场力的作用是电场的基本性质，我们为了反映电场具有这一力的性质，引入了物理量电场强度E，E反映了电荷周围存在的特殊物质电场本身的特性，试探电荷的引入仅仅是用来检验这一特性，因此与试探电荷是否存在无关，物理学中的点电荷是一种理想化的模型，对实际的带电体在满足它本身的线度远小于问题中所涉及的空间距离时，都可看成是点电荷，但当r0时，则不能把电荷看成是点电荷了，即EkQ/r2，在r0时已不适用，由上述可知只有D选项正确【答案】D2在电场中某一点放一试探电荷q，它受到的静电力为F，则该点的电场强度为E，那么下列说法正确的是()A若移去试探电荷，该点电场强度为0B若该点放一电荷量为2q的试探电荷，则该点的电场强度为2EC若该点放一电荷量为2q的试探电荷，则该点的电场强度为D若该点放一电荷量为2q的试探电荷，则该点的电场强度为E【解析】电场强度是根据试探电荷受力情况用比值的方法定义的，公式E中，虽然有试探电荷的电荷量q，但更换试探电荷时，F与q的比值不变，电场强度由电场本身决定【答案】D3A、B为带电荷量分别为Q和Q的两个等量异种点电荷，c、d为A、B连线上的两点，且AcBd，如图135所示，关于c、d两点间电场强度的情况是()图135A由c到d电场强度由大变小B由c到d电场强度由小变大C由c到d电场强度不变D由c到d电场强度先变小后变大【解析】c、d两点处于A、B两异种点电荷所形成的叠加场，各点场强可由EAEB表示，但计算起来较为繁杂，可借助电场线来描绘如图所示，从电场线分布看，从cd过程中电场线密疏密，因此电场强度先变小后变大【答案】D4如图136所示的各电场中，A、B两点电场强度相等的是()图136【解析】电场强度相等是指大小相等，方向相同A选项中A、B两点场强大小相等，方向不同；B选项中A、B两点场强大小不相等，但方向相同；C选项中两平行金属板间电场是匀强电场，故大小、方向相同；D选项中，A、B两点场强的大小不同，方向相同【答案】C5为了确定电场中P点场强大小，用细丝线悬挂一个带负电的小球去探测，当球在P点静止后，测出悬线与竖直方向夹角为37，如图137所示，已知P点场强方向是水平方向，小球重力为4.0103 N，带电荷量为0.01 C，则P点场强大小是多少？ 【导学号：22940008】图137【解析】对小球受力分析如图所示，根据平衡条件可知：F电mgtan 374.0103 N3.0103 NE0.3 N/C.【答案】0.3 N/C学业达标测评(三) (建议用时：45分钟)1(多选)下列关于电场和电场强度的说法正确的是()A电荷间的相互作用是通过电场产生的，电场最基本的特征是对处在它里面的电荷有力的作用B电场是人为设想出来的，其实并不存在C某点的场强越大，则同一电荷在该点所受到的电场力越大D某点的场强方向为试探电荷在该点受到的电场力的方向【解析】电场是电荷周围客观存在的一种特殊物质，电荷间的相互作用是通过电场产生的，不是假想的，故A正确，B错误；由E得FEq，当q一定时，E越大，F越大，所以C正确；场强方向规定为正电荷在该点受到的电场力方向，与负电荷受电场力的方向相反，D错误【答案】AC2(多选)点电荷A的电荷量为Q，在其电场中的P点放置另一电荷量为q的点电荷B，下列关于P点场强的判断正确的是()A若将A的电荷量加倍，则P点的场强加倍B若将B的电荷量加倍，则P点的场强加倍C若改变A的电性，则P点的场强反向D若改变B的电性，则P点的场强反向【解析】由E可知P点的场强跟场源电荷A的电荷量Q成正比，而与试探电荷B的电荷量q无关，故A对，B错，P点场强的方向由场源电荷A的电性决定，跟试探电荷B的电性无关，故C对，D错【答案】AC3在电场中某一点，当放入正电荷时受到的电场力方向向右当放入负电荷时受到的电场力方向向左，下列说法正确的是()A当放入正电荷时，该点的场强方向向右；当放入负电荷时，该点的场强方向向左B只有在该点放入电荷时，该点才有场强C该点的场强方向一定向右D关于该点的场强，以上说法均不正确【解析】电场是一种客观存在的物质，一旦电场确定，则电场中任何一点的电场强度的大小和方向就被确定，与放入电场中电荷所带的电性、电荷量的多少和是否在该点放入电荷无关电场中任何一点电场强度的方向规定为正电荷在该点受力的方向，与负电荷受力的方向相反综上所述，正确选项为C.【答案】C4试探电荷在电场中某点受到的电场力为F，这点的电场强度为E，在下图中能正确反映q、E、F三者关系的是()【解析】电场中某点的电场强度E与试探电荷的电量及试探电荷所受电场力大小无关，故A、B均错误；由FEq可知C错误，D正确【答案】D5.如图138所示，AB是某点电荷电场中的一条电场线在电场线上P处自由释放一个负检验电荷时，它沿直线向B点运动对此现象，下列判断正确的是(不计电荷重力)()图138A电荷向B做匀速运动B电荷向B做加速度越来越小的运动C电荷向B做加速度越来越大的运动D电荷向B做加速运动，加速度的变化情况不能确定【解析】由于负电荷从P点静止释放，它沿直线运动到B点，说明负电荷受力方向自P指向B，则场强方向自A指向B.由于正电荷、负电荷、异种电荷以及平行且带异种电荷的金属板等都能产生一段直线电场线，所以只能确定负电荷的受力方向向左(自P指向A)，不能确定受力变化情况，也就不能确定加速度变化情况，故选项D正确【答案】D6下列关于电场线的论述，正确的是()A电场线方向就是正试探电荷的运动方向B电场线是直线的地方是匀强电场C只要初速度为零，正电荷必将在电场中沿电场线方向运动D画有电场线的地方有电场，未画电场线的地方不一定无电场【解析】电场线上某点的切线方向表示该点场强方向，也就是正试探电荷在该点受到的电场力方向，而电荷的运动方向决定于电荷的初速度和受力情况，故选项A错误电场线是直线的地方，表明该直线所在处各点的场强方向相同，与电场线疏密情况无必然关系，如点电荷电场中电场线为直线，但电场中各点电场线疏密情况不同，故选项B错误当电荷初速度为零且只受电场力作用时，若电场线为一直线，则电荷将沿电场线做直线运动若电场线为一曲线，则电荷将做曲线运动且电荷的运动轨迹一定与电场线不同因为若电荷运动轨迹与电场线重合，则电荷在每一点的速度方向与所受电场力方向必在一直线上，此时电荷不满足曲线运动的条件故选项C错误在用电场线表示电场的分布情况时，不可能在每点都画上电场线，否则在整个平面上将布满电场线而不能看清电场线的具体情况了，因此常用几条电场线来表示某一区域的电场分布，在没有画电场线的地方，则由周边的情况来判断电场分布选项D正确【答案】D7如图139甲所示，AB是一条点电荷电场中的电场线，图乙则是放在电场线上a、b处的检验电荷的电荷量与所受电场力间的函数图线，由此可以判定()图139A场源是正电荷，位置在A侧B场源是正电荷，位置在B侧C场源是负电荷，位置在A侧D场源是负电荷，位置在B侧【解析】在Fq图像中，图像的倾斜程度表示场强E，则EaEb.因此，a处电场线比b处电场线密集，所以场源应是负电荷，位置在B侧【答案】D8在一个点电荷的电场中，离该点电荷距离为r0的地方放电荷量为q的检验电荷，所受电场力为F，则离该点电荷距离为r处的场强的大小为()A.B.C. D.【解析】由Ek及E，可得Q，故点电荷电场中另一点的场强Ek.所以选项B正确【答案】B9电荷量为Q13.01010 C的负电荷，在电场中某点受到的电场力F6.3107 N，方向竖直向上，则该点的场强大小为_N/C，场强方向为_；如果将负电荷Q1改换为Q26.01010 C的正电荷，那么正电荷受到的电场力大小为_N；如果该点不放电荷，该点场强大小为_N/C.【解析】根据电场强度公式，E2.1103 N/C，方向竖直向下，该点场强的大小和方向不随该点电荷的改变而变化电荷Q2在该点所受电场力为FQ2E6.01010 C2.1103 N/C1.26106 N.【答案】2.1103竖直向下1261062.1103接地放电地球是良好的导体，由于它特别大，所以能够接受大量电荷而不明显地改变地球的电势，这就如同从海洋中抽水或向海洋中放水，并不能明显改变海平面的高度一样如果用导线将带电导体与地球相连，电荷将从带电体流向地球，直到导体带电特别少，可以认为它不再带电生产中和生活实际中往往要避免电荷的积累，这时接地是一项有效措施